基于物联网的远程粮仓环境监控系统设计

摘 要：针对传统粮仓环境监测方式，实时性低、效率低、人力物力资源耗费大等不足的现状，结合无线通信技术、计算机技术、MEMS传感器技术和无线传感器网络相关技术，基于无线传感器网络，研究并设计了新型高效的，实时性强的远程粮仓环境监控系统，组合搭建整个系统，进行软硬件调试及系统功能测试。

关键词：物联网；远程监控；传感器；系统设计

中图分类号：TP391.44 文献标识码：A

1 引言（Introduction）

粮食是的安全贮存关系到人类活动的物质基础，因此研究使用新的技术方法来实现智能高效的安全贮存与监控，具有重要的研究价值，对于提高国内粮食安全及质量尤其关键[1]。当前面临的问题是，现有的方法不足以满足高可靠性，便捷管理，远程维护的需求[2]，因此，利用现有的物联网技术[3]、WEB技术[4]、嵌入式系统[5]、传感器网络技术[6]，可以实现新的基于物联网的B/S管理模式的无线粮仓环境监测[7]，并在一定的程度上扩展实现其他的相关监测需求，使用户能够方便快捷的任何时间，任何地点采用任何终端来实现粮仓安全的管理，同时可以提供管理人员的随时调用数据库在线监测粮仓的情况[8]，或者对粮仓进行抽样调查，能够很大程度上的节省人力和物力。

2 基于物联网的粮仓监控系统的结构分析与设计

（Structural analysis and design of granary

monitoring system based on things）

基于物联网的粮仓监控系统可以从硬件上分为三个部分，包括网关，路由节点和无线传感器的网络中的传感器节点。而从网络层次上，可以分为用户、网关和传感器节点，一般来说，用户层通过个人电脑上的客户端浏览器登录操作监控的界面，实现远程的监控与维护；而中间层次为网关，负责上传与下达；最底层是网络中的各个传感器节点，路由节点可以与主控直接连接，距离比较远的节点需要通过路由节点进行传输。控制系统采用B/S操作模式，所见即所得，方便用户管理，与网页类似，对操作员的培训相对容易，开发维护方便，能够实现最大限度地节省人力。具体的设计结构如图1所示。

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图1 基于物联网的粮仓环境监控系统结构框图

Fig.1 System block diagram of granary environmental

monitoring system based things

由左边基于ZigBee无线传感器网络各传感器节点采集粮仓环境信息（温湿度及烟雾浓度等），经路由节点汇聚到网关，网关对收集的参数信息进行处理，将处理后的信息通过串口传送给电脑服务器或者通过GPRS传给手机用户终端。在线管理人员通过相应的浏览器访问WEB服务器，在操作界面上打开程序截面，操作相应的功能按钮，实现需要操作维护的功能，实现对查看粮仓内传感器节点和路由节点采集的粮仓内环境参数和调节通风设备如排气扇用以平衡粮仓内温度、湿度，也可进入历史信息查询页面读取以往的查询记录，从而实现实时，高效的远程监测。数据的采集工作可由每个搭载传感器的节点完成。协调器负责建立网络，汇聚终端节点信息，进行数据融合处理，经串口通信连接网关，实现数据传递。网关建立ZigBee无线传感器网络与Internet的连接，上传数据至客户端。自主设计了PC客户端，直观呈现了粮仓环境信息，手机移动终端亦可实时监控粮仓环境变化。

3 系统模块设计（Design of system module）

3.1 传感器节点设计

传感器节点的结构框图如图2所示。传感器节点主要由CC2530模块（终端节点）、供电装置、调试电路、温湿度传感器（SHT11）及烟雾传感器（MQ-2）等组成，首先，传感器节点中的各个传感器采集有关的数据，然后将采集后的数据传送给高集成度的工业用射频收发器件CC2530，最后由CC2530完成数据的处理并将数据发送给路由节点。

图2 传感器节点结构框图

Fig.2 Block diagram of sensor nodes

3.2 路由节点设计

路由节点主要由CC2530模块（ZigBee终端节点）、供电装置及电路、烟雾传感器、调试电路、LCD液晶显示电路、温湿度传感器等组成。如图3所示，路由节点与传感器节点的结构图类似，路由节点只多一个LCD液晶显示电路，但他们功能有区别。首先，路由节点具有传感节点采集数据的功能。其次，路由节点还具有允许节点加入网络的功能，当有节点请求加入网络时，路由节点可以响应加入请求，并允许该节点加入到网络中和新加入的节点成为父子关系。再者，路由节点能够接收来自子节点发送的数据并将自己采集的数据和接收到子节点的数据发送给它的父节点，在网络中既有传感器节点采集数据的功能，又具有路由功能。在路由节点中带有LCD液晶显示器，可以实时的显示节点采集的温湿度和烟雾浓度的数据。最后在路由节点中还带有通风设备如排气扇用以平衡粮仓内温度、湿度。

图3 路由节点结构框图

Fig.3 Block diagram of the routing node

3.3 网关模块设计

如图4所示，网关模块主要由CC2530模块（ZigBee终端节点）、供电装置及电路、烟STM32处理器最小系统、调试电路、LCD液晶显示电路、串口电路、GPRS电路等组成。首先，数据通过终端节点上报，在处理中进行出路后送到串口电路中，同时需要有相关的调试电路，数据处理后送达GPRS模块和LCD显示器，GPRS模块可以将手机卡插入SIM卡座，通过相应的AT指令便可以很方便地实现用户对粮仓环境进行监控。用户可用手机和电脑登录网页，在网上查看粮仓内传感器节点和路由节点采集的粮仓内环境参数，从而实现远程监测。

图4 网关模块结构框图

Fig.4 Gateway module structure diagram

3.4 监控系统模块设计

监控系统主要包括三个部分：用户登录界面、现场监测部分、历史信息查询部分，这些主要用HTML语言来编写，并且采用相应的数据库来支持相关的操作和访问。如图5所示。

图5 监控系统设计

Fig.5 Design of monitoring system

总之，该系统能够准确的实现对粮仓内温湿度、烟雾浓度的实时监测；采集的相关数据能够及时的发送到用户端，并根据数据提出相关的建议；当粮仓环境参数超出限定值时，系统会发送信息给管理者进行预警；管理者可以通过手机或者电脑登录网页发送指令对粮仓内环境参数或启动相关的调节设备，从而实现远程监测及管理。

4 结论（Conclusion）

本文解决了目前粮仓环境监控系统维护成本高、系统可拓展性差、移动性差等问题，填补传统粮食储藏技术手段的严重不足，提高监控的实时性和监控效率，提高了仓库管理的应急处理，有针对性的提供处理方案，实现了可靠性高，智能、性能优越的基于无线传感器的网络监控，可以提高现有仓库管理的水平，节省了大量的人力和物力，降低了仓库的损失，具有重要的经济价值。

参考文献（References）

[1] 张伟，等.基于物联网的规模化畜禽养殖环境监控系统[J].农

机化研究，2015，02：245-248.

[2] 张恩迪，张佳锐.基于物联网的农业虫害智能监控系统[J].农

机化研究，2015，05：229-234.

[3] 房砚海.基于物联网技术下室内环境监控系统的设计[J].现代

装饰（理论），2014，11：88.

[4] 张小伟.基于物联网技术的农业大棚监控系统研究[D].陕西

科技大学，2014.

[5] 吴武豪.基于物联网的猪舍环境监控系统研究[D].浙江大学，

2014.

[6] 赵丽丽，刘成忠.基于物联网的蔬菜大棚环境监控系统设计

[J].甘肃农业大学学报，2014，01：151-155.

[7] 宋艳，程改兰.基于物联网技术的农业种植环境监控系统设计

[J].电子设计工程，2014，08：101-103.

[8] 刘东.基于物联网的煤矿安全监控系统设计[D].中北大学，

2014.

作者简介：

徐艳玲（1979-），女，硕士，讲师，研究领域：计算机网络，

数据库应用.